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期刊信息/Journal information
中国科学（物理学 力学 天文学）
中国科学（物理学 力学 天文学）

王鼎盛 张杰

月刊

1674-7275

Physics@scichina.org

010-64015835

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（物理学 力学 天文学）/Journal SCIENTIA SINICA Physica,Mechanica & AstronomicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    基于旋转算子的非交互式量子同态加密方案

    王烁林尚涛刘建伟
    1-9页
    查看更多>>摘要：量子同态加密是量子密码学的一个重要分支,它可以直接对密文量子态进行计算,同时保证计算的正确性和数据的安全性.对量子门T进行量子同态加密会产生额外的相位门S,如果不消除该错误则不能得到正确的输出.使用量子门隐形传态可以非交互地消除相位门错误,但是增加了解密复杂度.本文利用旋转算子实现了 T/T+门的量子同态加密,提出了非交互式量子同态加密方案.该方案解密复杂度为O(1),加密复杂度为O(N),其中N是量子线路中量子门的数量.本文证明了该方案是信息论安全的以及能够实现对任意量子线路的量子同态加密,并且在IBM Quantum Experience 上实现了对Toffoli门分解线路的量子同态加密.

    量子同态加密量子一次一密旋转算子

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    原子波导耦合系统的多体量子纠缠产生

    马小三王子豪程木田王安民...
    10-16页
    查看更多>>摘要：利用多体量子纠缠度量,研究了与一维半无限波导耦合的三个两能级原子系统纠缠产生问题.考虑原子之间的距离、原子和波导之间的手性耦合和波导有限界与原子系统的距离对量子纠缠的影响.由于镜子导致的量子反馈,使得量子系统的方程为延迟微分方程.通过求解延迟微分方程,得到原子系统的量子纠缠演化.分析发现和一维无限波导情形相比,耦合于半无限波导的原子系统中产生的量子纠缠能够持续更长时间,而且其动力学特性依赖于原子之间的距离、手性耦合强度和原子的位置.在不考虑延迟情形下,分析了手性耦合对量子纠缠的影响,发现手性耦合强度越大,量子纠缠到达最大值越快,而后更快地衰减到零.研究表明可以通过控制原子之间的距离、手性耦合强度和原子的位置来制备量子纠缠.研究对理解基于波导的多体量子纠缠产生有重要意义.

    量子纠缠产生半无限波导手性耦合

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    以低成本实现Camellia算法S盒的量子电路

    李振强高飞秦素娟温巧燕...
    17-25页
    查看更多>>摘要：Camellia是继AES后最具有竞争优势的分组密码算法之一,它在信息安全的很多领域已经有了广泛的应用.S盒是Camellia算法中唯一的非线性组件.本文研究如何用较少的资源实现Camellia算法S盒的量子电路.首先通过映射矩阵使得有限域F28的乘法逆可以通过F24的(乘法和)乘法逆运算得到,进而以更少的量子比特给出实现后者的量子电路.然后应用PLU分解和消元法,通过CNOT门和NOT门实现S盒的仿射变换.最后,结合所提出的量子电路,给出需要20个量子比特、54个Toffoli门、196个CNOT门以及Tofffoli门深度为42的实现S盒的量子电路.与之前需要23个量子比特、67个Toffoli门、308个CNOT门以及Toffoli门深度为53的研究相比,本文S盒量子电路需要的资源更少.此外,本文的S盒量子电路可减少实现Camellia时所需的资源,进而降低Grover算法对其攻击时所需的量子电路规模.

    CamelliaS盒乘法逆组合域

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    一个高效的量子安全多方计算协议

    林崧王宁刘晓芬
    26-36页
    查看更多>>摘要：安全多方计算是一类重要的密码原语,在电子投票、数据挖掘、区块链、云计算等领域有着广泛的应用.本文利用量子纠缠特性和欧拉定理,提出了一个高效的量子安全多方计算协议.协议中,所有参与方在一个半可信第三方的帮助下实现多元多项式函数的安全计算.性能分析表明该协议是正确的,并且可以抵抗一些常见的外部和内部攻击.此外,本文所提协议不仅可提高粒子的检测效率,还能有效降低协议所需的通信复杂度.

    量子密码量子安全多方计算欧拉定理多项式函数

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    原子核八极形变代数模型SU(3)算法与简单应用

    滕威王胜男那贵秀张宇...
    37-42页
    查看更多>>摘要：偶偶核低激发态中出现负宇称转动带被认为是八极形变的重要信号.描述核四极集体结构的相互作用玻色子模型(简称IBM)在引入f玻色子后,可以同时描述正宇称态(四极激发)和负宇称态(八极激发).为研究该八极形变代数模型(简称IBM+f),本文引入基于SU(3)基底构建模型哈密顿量矩阵的算法,利用该算法进一步求解IBM+f模型,并对224Ra和222Rn的低激发结构进行理论分析.结果表明,这两个同中异核素的低激发转动带能级和电多极跃迁几率能够在IBM+f模型中得到较为满意的理论描述,证实IBM+f可以提供一个简单有效的统一描述原子核低激发正负宇称态的代数模型.

    八极形变相互作用玻色子模型f玻色子SU(3)代数

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    组合点阵材料GBCC-BCC变形机制及力学性能分析

    王润洲张越李世强
    43-53页
    查看更多>>摘要：点阵材料是一种轻质多功能周期性的开孔多胞材料,与传统材料相比,点阵材料具有高比刚度/强度、高抗爆抗冲击性能等优异力学性能,在高新技术领域中拥有广阔的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注.本文设计了 一种变密度体心立方嵌套体心立方(Graded Body Centered Cubic nested Body Centered Cubic,GBCC-BCC)点阵材料,与常规体心立方(Body Centered Cubic,BCC)点阵材料相比,具有更为优异的比力学性能(比刚度、比强度和比吸能).利用3D打印技术制备了不同相对密度的GBCC-BCC点阵材料,采用实验与数值模拟相结合的方式,研究了新型点阵材料GBCC-BCC的力学性能,包括尺寸效应、变形模式、拉压不对称性以及不同相对密度下的比力学性能.实验数据和数值模拟结果均表明在单轴压缩工况下,相对密度大于0.3时,GBCC-BCC点阵材料Z方向的比刚度、比强度和比吸能优于多数基本构型点阵材料和拓扑组合构型点阵材料.

    点阵材料力学性能尺寸效应变形模式

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    韧性材料在球形压头渐进载荷下仪器化划入行为

    刘明徐智通
    54-70页
    查看更多>>摘要：使用半径为500 μm的球形氧化锆陶瓷压头对3种高分子和20种金属材料在渐进载荷下进行微米划入测试,研究了韧性材料在球形压头仪器化划入过程中的弹塑性变形行为.仪器化划入结果发现:随载荷的增加,金属的弹性回复率、残余划痕硬度、几何划痕硬度和侧向划痕硬度均趋于稳定.而高分子的弹性回复率,几何划痕硬度却是单调减小,很有可能产生损伤破坏,在最大载荷下利用线弹性断裂力学方法计算得到的断裂韧度与文献中的结果一致;在大载荷下,残余划痕硬度和侧向划痕硬度趋近于常数.残余划痕硬度大于几何划痕硬度;摩擦系数随着载荷的增大而非线性增大是由于球形压头几何形状的影响(灰口和球墨铸铁的摩擦系数平稳段是由于石墨的影响).大部分材料的划入响应与力学性能有密切关系:临界划痕应变(弹性回复率平稳阶段的起始应变)与屈服应变成正比;趋于稳定的残余划痕硬度与屈服强度有线性关系,并且与努氏硬度成比例.

    仪器化划入球形压头渐进载荷弹塑性变形力学性能

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    可压缩槽道湍流中的可压缩效应研究

    张朋宋余滨夏振华
    71-88页
    查看更多>>摘要：本文对马赫数为3和4.3的可压缩槽道湍流进行了直接数值模拟研究,结合之前马赫数为0.3,0.5和1.5的算例,获得了一个可压缩槽道湍流数据库.在此基础上,我们研究了流场统计行为,速度温度条带结构和温度脉动的平衡方程.结果显示,平均速度场、温度场和速度温度耦合量等在半局部坐标下都能呈现出相近的统计行为,统计特性主要依赖于平均密度和平均黏度,这说明Morkovin假设在当前马赫数下范围(0.3-4.3)是可用的.同时数据显示高马赫数下可压缩性明显增强,可压缩性的增加使近壁条带结构更加稳定,但是可压缩性引起的胀压耗散在总湍流耗散中的占比依然很小且可以忽略.

    可压缩槽道Morkovin假设可压缩性

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    NiO纳米碗状阵列的低压电阻开关特性

    殷元祥谢雨莎陈涛张涛...
    89-98页
    查看更多>>摘要：我们利用单层胶体球自组装模板结合电化学沉积和磁控溅射方法在覆盖Pt导电层的白云母衬底上制备了NiO纳米碗状阵列(Nano-bowl-like NiO Array,nb-NiO).每个NiO纳米碗高约450 nm,碗口直径约450 nm,碗深约300nm,在Pt导电层上密排形成二维阵列.在nb-NiO阵列上覆盖厚约20 nm的HfO2薄膜,然后制备Ag或Pt点电极形成Ag(Pt)/HfO2/nb-NiO/Pt堆栈器件.器件在小于±0.4 V的翻转电压下即可在高低电阻态之间周期性可逆跳变,表现出良好的电阻开关特性:器件在高低电阻态之间翻转的时间＜8.7μs;初始高/低电阻比值～104,连续测试1500个周期后依然＞103.断电后,器件稳定在高(低)电阻态的时间＞104s.纳米碗状阵列结构使得NiO薄膜厚度在150-450nm内周期性连续变化;由于氧空位导电细丝更易在厚度较小的纳米碗底部导通,因此碗状阵列结构使得原本空间随机分布的氧空位导电细丝通道具有了局域有序性,进而提升了器件电阻开关性能的稳定性.HfO2薄膜层降低了器件漏电流,提高了器件的高/低电阻值比.Ag电极与氧离子的氧化还原反应加速了氧空位导电细丝的导通和断裂,从而降低了翻转电压.

    NiO纳米碗状阵列电阻开关特性低电压

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    87颗南天区射电源的高灵敏度天体测量

    吴德舒逢春甘江英何旋...
    99-111页
    查看更多>>摘要：国际天球参考架(International Celestial Reference Frame,ICRF)由河外射电源的精确位置实现.针对参考射电源在南天区数量偏少、位置精度偏低的问题,本文利用包括中国四个甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)台站在内的亚太区域网首次开展了南天区射电源的高灵敏度天体测量实验.在[-90°,-30°]赤纬范围内的87颗目标射电源中,45颗已有少量天体测量数据,但位置精度较低,其余42颗从未进行过天体测量观测.观测实验的时间跨度为2015-2021年,自主完成了VLBI观测纲要编制、相关处理、相关后处理和天体测量参数解算,获得了87颗目标射电源的6471个观测量.综合解算结果显示,目标射电源中0448-392的位置精度最高,达到了0.14 mas.射电源实测相关流量密度结果显示,在X和S波段都小于0.3 Jy的射电源有58颗,占到了总数的67％,显示了观测实验的高灵敏度天体测量能力.本文的观测数据为24颗新的ICRF3射电源贡献了 1306个观测量,其中13颗射电源是我们首次观测的,此外还有29颗射电源的1779个观测量将用于下一代国际天球参考架的构建.

    VLBI天球参考架射电天体测量相关流量密度位置精度

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